Universitatea Tehnică "Gh.Asachi" Iaşi

romānă

english

Facultatea de Electronică şi Telecomunicaţii

Catedra de Telecomunicaţii

 

Home

Rezumat

Stadiu

Obiective

Proiect

Activităţi

Parteneri

Contact

Rezultate

 
 
 

 

 

Proiect

 
 

 

In proiect se propune realizarea practica a unui sistem de comunicare cu persoane cu handicap neuro-locomotor major, la nivel de "prototip omologabil", functional si testabil.

Un sistem include doua echipamente, unul la pacient si altul la supraveghetor.

 

Din punct de vedre functional, aparatul pacientului include:

(1) Un sistem de baleiaj al expresiilor cheie, cu amplificator si difuzor/casca audio, eventual cu display.  

(2) Un senzor de decizie, pentru sesizarea vointei pacientului, montat pe pacient, capabil sa detecteze deplasarea unui membru sau contractia unui/unor muschi si care poate fi:

(2.a) un comutator,

(2.b) un traductor mecanic de contractie musculara sau

(2.c) traductor/amplificator de biocurent (generat la contractie musculara).

Acest bloc functional include si sistemul de prelucrare analogica si digitala a semnalelor.

(3) Un transmitator radio de mica putere (1 - 10mW), din categoria SRD (Short Range Devices), in UIF / EIF.

 

Aparatul supraveghetorului este un mic radioreceptor portabil, cu difuzor si/sau casca care poate fi purtat in buzunar, la gat, ...

Structura hardware a sistemului apare in figura 1 si cuprinde echipamentul pacientului si al ingrijitorului.

 

Echipamentul pacientului este realizat in jurul unei unitati logice de control (LCU), echipata cu microcontroler (μC), ROM, RAM, convertor analog – digital (ADC) pe langa care mai exista:

      - memoria pentru expresii cheie,

      - sensorul de activitate musculara (montat pe pacient) cu circuitul de conditionare a semnalului,

      - difuzorul/casca (montate langa/pe pacient) cu circuitul de formare a sunetelor;

      - display-ul, montat in raza de vedere a pacientului, cu circuitul de control corespunator,

      - radioemitatorul,

      - un mic panou de control (cateva comutatoare, eventual potentiometre) de la care se poate regla viteza de baleiere, nivelul sonor,

        eventual se poate alege un set sau altul de expresii cheie.

 

Unitatea logica de control (LCU) este realizata in jurul unui microcontroler (μC) si asigura comanda tuturor operatiilor echipamentului de la pacient. Memoria pentru expresii cheie (KwM) contine expresiile cheie digitizate. Un senzor potrivit, instalat pe pacient, detecteaza intentia acestuia de a transmite ceva. Semnalul electric de la senzor este prelucrat in blocul de conditionare a semnalului si aplicat la o intrare a μC – intrarea INs. Starea acelei intrari este monitorizata permanent si la detectia unei schimbari, se declanseaza operatiile. Baleiajul sonor si video cu expresii cheie se face sub comanda μC prin circuite specializate – convertor digital analog (DAC) si amplificator AF – pentru sunet, respectiv controler video – pentru textul scris. Semnalul de AF se aplica in difuzor sau in casca, iar semnalul video se aplica la intrarile unui display cu cristale lichide. Cand pacientul realizeaza selectia – schimbarea de stare detectata de catre sensor, semnalul corespunzator expresiei cheie se aplica radioemitatorului, care este activat si intra in emisie.

 

Ansamblul este cu alimentare mixta, de la retea (prin transformator) si de la baterii, la joasa tensiune (3 - 9V), respectand toate normele de protectie la electrocutare.

 

    La ingrijitor, radioreceptorul primeste semnalul radio, extrage expresia cheie transmisa si aplica semnal audio in difuzor sau casca. Ingrijitorul aude expresia si poate actiona in consecinta.

 

 

In principiu, operatiile se desfasoara in succesiune (figura 2):

a. Pacientul nu doreste nimic − LCU este in "stand-by".

b. Pacientul doreste sa transmita ca ii este sete:

    b.1. Pacientul actioneaza comutatorul sensorului (de exemplu, misca talpa piciorului).

    b.2. LCU primeste semnal si declanseaza baleiajul expresiilor.

    b.3. In difuzor si/sau pe display se aud si sau vad expresii, in succesiune; fiecare expresie este repetata, de exemplu de 3 ori:  KW1-KW1-KW1 −− KW2-KW2-KW2 −− ... −− KWn-KWn-KWn  (KW = expresie cheie).

 

 

    b.4. Cand aude/vede expresia potrivita, pacientul actioneaza sensorul si intrarea μC devine activa.

c. Microcontrolerul blocheaza baleiajul si comanda transmiterea expresiei selectate: activeaza emitatorul si aplica la intrare semnal corespunzator.

e. Receptorul extrage semnalul util si aplica in difuzorul supraveghetorului semnalul audio corespunzator – acesta aude "mi-e sete" (eventual repetat de citeva ori) si actioneaza corespunzator.

 

Evident, pentru utilizarea sistemului, pacientii trebuie educati sa actioneze sensorul cand si cum trebuie, sa aiba rabdare pana la aparitia expresiei potrivite si apoi pana la obtinerea unei reactii din partea ingrijitorilor. [Orice procedeu sau sistem de comunicare, natural sau artificial, necesita, pentru a fi folosi, o educare − oamenii invata sa scrie, sa foloseasca un receptor radio, TV, ..., precum si un minim de abilitati − auz, vaz, vorbire, miscare, ...]

 

Ingrijitorilor le este de asemenea, necesara o oarecare instruire in folosirea aparatelor, macar cum se monteaza comutatoarele, cum se alimenteaza, cum se schimba bateriile, ..., desi conceptia sistemului asigura o mare simplitate si robustete, astfel incat pentru a-l manipula, ingrijitorii nu au nevoie de cine stie ce inalt nivel de cultura – la limita, e destul sa stie a citi si a manevra un receptor radio sau TV.

 

    Din punct de vedere al modului de achizitie a componentelor si de realizare a structurii hardware a sistemului, se prevede ca sensorul si display-ul care include si controller-ul video, sa fie achizitionate din comert, iar subsistemul de control (CSS, figura 1) cu memorie de cuvinte cheie si emitatorul radio, precum si radioreceptorul, sa fie proiectate si realizate de catre colectivul de cercetare, care va realiza si soft-ul de operare.

 

In prezent, dispozitive utilizabile ca si senzori ai vointei pacientului de a comunica, sunt disponibile intr-o mare varietate de tipuri si variante. Toti acesti sensori sunt comutatori cu o pozitie inactiva si una activa; rar sunt doua pozitii active; diferentele intervin la modul de comanda, forma si dimensiuni − Figura 3

 

Subsistemul de control (CSS) se va realiza in jurul unui microcontroler destul de puternic si de viteza mare, deoarece trebuie executate multe operatii in timp real. In prezent sunt disponibile multe tipuri de microcontrolere, in diverse variante, astfel incat se va putea alege/adopta un tip potrivit.

 

Expresiile cheie vor fi inregistrate, digitizate, eventual compresate (in MP3, de exemplu) si memorate in memoria de cuvinte cheie (KwM). Memoria de expresii poate fi de tip ROM, EEPROM sau SRAM, fiecare cu avantajele si dezavantajele binecunoscute. In ce priveste afisarea mesajelor, problema este relativ simpla, existand destule afisoare LCD matriceale cu decodoare incorporate.

 

Pentru legatura radio, se impune folosirea unei frecvente din benzile alocate SRD (Short Range Devices), pentru care nu este necesara licenta de frecventa. Sunt posibile doua variante de transmisie:

1.   Transmisia expresiei cheie in fonie – analogic sau digital.

2.   Transmisia unui cod al expresiei selectate de pacient si extragerea expresiei din memoria receptorului.

 

Ambele variante au avantaje si dezavantaje. Adoptarea unei variante pentru comunicatie, se poate face numai dupa o analiza exhaustiva a caracteristicilor tehnice, a implicatiilor privind calitatea ingrijirii si a costurilor.

 

Potentialii utilizatori precum si avantajele utilizarii sistemului au fost prezentate la punctul 3 (pag. 4, 5).

 

Sistemul poate fi dezvoltat ulterior, dupa o perioada de utilizare. Astfel, se poate mari numarul si complexitatea expresiilor cheie, se pot introduce comutatoare suplimentare astfel ca pacientul sa aiba la dispozitie mai mult de 2 optiuni etc. De asemenea, sistemul poate fi folosit pentru comanda echipamentelor audio si video, eventual si pentru alte automatizari – din acest punct de vedere, perspectivele sunt limitate doar de imaginatie.

 

Elementul de noutate esential al proiectului, consta in insasi ideea de baza, in principiul imaginat pentru ca persoane handicapate sever sa poata comunicarea in ambele sensuri, adica si dinspre aceste persoane spre lume. Asa cum am aratat la punctul 2, in lume, din cate stim, nu exista un sistem similar – daca ar exista, este putin probabil sa nu apara pe Internet; si colectivul nostru, are in obiectiv ca, imediat dupa obtinerea unor prime rezultate concrete, sa intocmeasca un site Internet pentru popularizarea cat mai larga a ideii si echipamentului.

 

Complexitatea proiectului deriva din faptul ca pentru a fi realizat, este necesar sa se puna in acord cerinte din domenii foarte diferite: inginerie si tehnologie electronica si telecomunicatii, neurologie, recuperare neuro-motorie, lingvistica, psiholgie si logopedie. Pentru alegerea unor solutii corecte sunt necesare numeroase incercari, testari, multe chiar pe pacienti, operatii intotdeauna dificile. De asemenea, este necesar sa se imagineze metode si metodologii de testare utilizand echipamente din dotare (PC, transmitatoare si receptoare radio, ...), inainte de a realiza modele ale sistemului propus. Apoi, vor trebui realizate si testate un numar de modele experimentale, inainte de a ajunge la o solutie finala de realizare a unor prototipuri.

 

Privitor la modalitatea in care se va desfasura activitatea, trebuie sa se sublinieze ca partenerul P4 dispune de facilitati de testare a unor persoane cu variate forme si severitati de handicap, in cadrul Spitalului Universitar de Neurochirurgie; la fel, partenerul P3 dispune de facilitati de acces si test la mai multe clinici specializate in tratarea persoanelor cu handicap. Partenerul P1 beneficiaza de o vasta experienta in telecomunicatii in general si mai ales in radiocomunicatii, dispunand si de echipamente de testare radio. Partenerul P5 dispune de personal specializat in sisteme inglobate (embedded systems) si soft precum si de posibilitati de realizare a circuitelor necesare. Partenerul P2 este bine echipat pentru realizarea soft-ului, dispunand de personal cu inalta calificare in domeniu.

 

Intr-o prima etapa, partenerii P1, P3 si P4 vor formula principiile de intocmire a expresiilor cheie si vor face propuneri concrete. Partenerii P2 si P5 vor asigura soft-ul si eventualele resurse hard pentru testare. Testele vor fi realizate pe subiecti selectati de P1, P3 si P4, dintre pacientii institutiilor de profil la care au acces. Dupa un numar de iteratii, vor fi adoptate cateva seturi de expresii cheie; se va determina necesarul de memorie si formatul de memorare. In acelasi timp, pe baza unor prime rezultate din operatiile de mai sus, partenerii P1, P2 si P5 vor studia problema sistemului de control de la pacient, selectand microcontrolerul, memoria si alte componente necesare. Partenerii P1 si P5 vor studia problema comunicatiei radio, pentru adoptarea variantei – sau variantelor, mai potrivite. Se va ajunge la proiectarea si executarea unor module experimentale in vederea efectuarii testelor.

 

In etapa urmatoare, pe baza rezultatelor analizelor si primelor experimente, se va proiecata si realiza un model experimental complet: hard-ul de catre partenerul P1 iar soft-ul de catre partenerii P1, P2 si P5. Acest model, va fi testat de catre partenerii P3 si P4. In finalul acestei etape se va dispune de toti parametrii necesari proiectarii unui sistem intr-o varianta considerata operationala, utilizabila – se va realiza un prototip. Hardware-ul va fi proiectat de catre partenerii P1, P2 si P5, iar executia se va realiza in laboratoarele P1 si P5. Software-ul va fi realizat de catre partenerii P2 si P5. Expresiile cheie si caracteristicile de baleiere vor fi elaborate de partenerul P3 si P4, care vor realiza si testele. In final, dupa ultimele corectii, se vor realiza trei sisteme – prototip.

 

De indata ce se vor obtine primele rezultate semnificative, se va realiza un site, la care vor contribui toti partenerii si in care se va prezenta produsul si rezultatele cercetarilor.

 

   Echipamentele utilizate la proiectare, testare si realizare, vor fi: calculatoare fixe si portabile (notebook, la patul pacientului), programatoare de memorii si microcontrolere, echipamente de masura si testare radio (analizor spectral, osciloscop, generator de semnale modulate etc.), aparate de masura uzuale, echipamente specifice pentru asamblarea circuitelor. Pentru realizarea soft-ului se vor folosi pachetele de programe licentiate proprietate a partenerilor P1, P2 si P5, printre care: Windows, MS Visual Studio, Protel, OrCad, Mentor Graphics, Borland C++ etc. Executia PCB-urilor se va face in intreprinderi specializate fiind sarcina partenerului P5. Asamblarea se va realiza la partenerii P1, P2 si P5, care dispun de echipamentele si uneltele adecvate

 

Proiectul are relevanta deosebita la nivel national si international, deoarece se incadreaza in politica europeana, aplicata si de Romania, de imbunatatire a capacitatilor de ingrijire a persoanelor handicapate sau bolnave, prin aplicarea tehnologiilor informatice pentru asigurarea unei autonomii, sigurante si mobilitati sporite a pacientilor. Sistemul propus reprezinta un mijloc individual de comunicare, o interfata de conectare a pacientilor la servicii si resurse. In cazul Romaniei, situatia este ceva mai complicata din cauza resurselor limitate, ceea ce inseamna ca orice sistem capabil sa imbunatateasca asistenta medicala si sociala cu costuri mai mici, este binevenit.

 

In acelasi timp, complexitatea proiectului, caracterul de noutate al ideii de realizare, impun concentrarea unui numar apreciabil de cercetatori cu specializari foarte diferite, ceea ce se incadreaza in politica mondiala de dezvoltare a cercetarii interdisciplinare. Astfel, proiectul propus constituie o aplicare a principiilor noii politici nationale in domeniul cercetarii, de realizare si sustinere a unor platforme tehnologice si de crearea a unor colective de cercetare interdisciplinara, capabile sa initieze si sa dezvolte proiecte complexe. In acest context, prezenta partenerului P5 din sfera productiei IT si a partenerilor P3 si P4 care vor asigura conexiunile cu clinici si centre de ingrijire, asigura iesirea grupului de cerectare din sfera cercetarii strict academice, conectarea la realitate; proiectul are ca scop rezolvarea unor nevoi reale, concrete, ale indivizilor, ale societatii.

 

Proiectul este viabil din urmatoarele motive:

- Ideea este noua, nu se suprapune peste nici o alta idee de cercetare sau care sa fie la baza unor produse realizate.

- Exista o reala necesitate de produse de tipul celui propus a fi realizat.

- Posibilitatile actuale de a disemina realizarile (Internet), ofera mari sanse ca produsul sa fie cunoscut si apoi achizitionat si utilizat in

  diverse locatii din tara si din lume.

- Exista posibilitati si disponibilitati de producere in serie a sistemului propus, prin colaborarea ulterioara a partenerilor P1, P2 si P5.

 

Proiectul are toate sansele de succes, deoarece:

- Realizarea proiectului implica rezolvarea unor probleme care fac parte dintre preocuparile membrilor echipei de cercetare de multi ani;

  este certa capacitatea cercetatorilor de a duce proiectul la bun sfarsit, in termenele prevazute.

- Conducatorul de proiect dispune de o mare experienta in organizarea si conducerea colectivelor de cercetare si proiectare (10

  contracte sau granturi la care a fost responsabil de tema).

- Dotarea cu echipamente este suficienta pentru inceperea cercetarilor iar prin dotarile ulterioare se va asigura capacitatea tehnica

  necesara pentru realizarea sistemului.

- Exista facilitatile necesare pentru efectuarea testelor: clinici, centre si camine pentru handicapati,  precum si personal medical mediu

  si inalt calificat, psihologi, care sa foloseasca aparatele.

 

La aceasta etapa nu vedem nici un risc ca proiectul sa nu poata fi realizat. Dupa cel mult un an de la inceperea lucrarilor, chiar absenta conducatorului de proiect nu mai poate influenta major desfasurarea lucrarilor – membrii echipei vor avea planurile tehnice, schemele de testare si criteriile de selectie deja elaborate in destule variante pentru a finaliza lucrarile – cu oarecare efort suplimentar, desigur.